CN112421641A - 一种基站外电网增容与稳压系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基站外电网增容与稳压系统及方法。电网端、供电线路和基站端依次连接，该系统包括结构一或结构二；结构一：在电网端与供电线路之间串接有升压模块；结构二：在电网端与供电线路之间串接有升压模块，在基站端与供电线路之间串接有降压模块；升压模块包括一个以上输出不同档位电压的升压单元、以及一个以上切换开关，通过切换开关控制对应的升压单元接入或不接入供电线路。在不改变现有外电网线路结构条件下进行了稳压增容改造，结构一保证基站设备工作稳定性，提升供电效率；结构二能够对现有供电网络进行增容和稳压改造；可根据基站负载幅度变化切换至不同电压档位的升压单元进行升压，确保基站负载不过压损坏。

Description

一种基站外电网增容与稳压系统及方法
技术领域
本发明涉及基站外电网技术领域，特别是涉及一种基站外电网增容与稳压系统及方法。
背景技术
通信基站在长期运行过程中，因电力负荷的持续增加，多运营商业务的共建共享，移动通信从2G、3G、4G到5G多网共址，光传输网络从SDH、MSTP、PTN 到F5G，以及边缘计算业务的兴起等原因，使得基站外电网负荷增加，降低了基站供电质量和可靠性。当前通信基站外市电引入场景现状包括：由于初始负荷较低加之成本过高，机站10KV专用变压器占比较低；由于机房位置的特殊需求，部分基站供电线路过长(取电点到末端距离＞1KM)；无人值守基站为了线路防盗，使用了大量铝制合金线缆，存在铜铝转换的问题；通信机房供电线路与大量其他电力线路共杆路与管沟共存，线路维护相对麻烦。因此，怎样保持基站初始建设期电力引入线路投资的长效性，在不降低基站供电质量与可靠性的前提下，最大限度降低基站存续过程中因负荷不断增加引起的电力改造投资，是所有运营商面临的难题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基站外电网增容与稳压系统及方法。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种基站外电网增容与稳压系统，电网端、供电线路和基站端依次连接，该系统包括结构一或结构二；所述结构一为：在所述电网端与所述供电线路之间串接有升压模块；所述结构二为：在所述电网端与所述供电线路之间串接有升压模块，在所述基站端与所述供电线路之间串接有降压模块；所述升压模块包括一个以上输出不同档位电压的升压单元、以及一个以上切换开关，所述升压单元与所述切换开关一一对应，通过所述切换开关控制对应的升压单元接入或不接入所述供电线路。
上述技术方案：本系统在不改变现有外电网线路结构条件下进行了稳压增容，保持基站初始建设期电力引入线路投资的长效性，在不降低基站供电质量与可靠性的前提下，最大限度降低基站存续过程中因负荷不断增加引起的电力改造投资；结构一对输入电压过低的基站进行升压改造，保证基站设备工作稳定性，维持供电线路不扩容改造，可将基站端的输入电压维持在相对较高的范围内，提升供电效率；结构二能够对现有供电网络进行增容和稳压改造，满足当前基站负荷不断增加的问题；结构一和结构二中的升压模块可根据基站负载幅度变化切换至不同电压档位的升压单元进行升压，确保基站负载不过压损坏，并维持基站端电压在设定的范围内，实现基站电压稳定输入，提高外电网供电质量和可靠性。
在本发明的一种优选实施方式中，所述升压模块包括升压变压器，所述升压模块包括升压变压器，所述升压变压器包括一次绕组和二次绕组，所述二次绕组上设有多个抽头，每个抽头与供电线路之间通过一个切换开关连接。
上述技术方案：上述升压模块结构紧凑简单，便于实施，节省成本。
在本发明的一种优选实施方式中，所述升压模块包括升压变压器，所述升压变压器包括一个绕组，所述绕组上设有一个输入抽头和多个输出抽头，每个输出抽头与供电线路之间通过一个切换开关连接。
上述技术方案：上述升压模块采用非隔离结构，只需要一个绕组就可以实现多个升压电压输出，结构更简单。
在本发明的一种优选实施方式中，包括检测基站端负载变化的负载检测单元、位于电网端的第一监控单元，第一监控单元获取负载检测单元的输出信号，第一监控单元分别与所有切换开关连接。
上述技术方案：实现了根据基站端负载变化自动控制切换开关切换至相应升压单元的有益效果。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括位于电网端的第一通信单元，位于基站端的第二通信单元和第二监控单元；所述第一监控单元与第一通信单元连接，所述第一通信单元和第二通信单元连接，所述第二通信单元与第二监控单元连接，第二监控单元还与负载检测单元连接。
上述技术方案：负载检测单元的输出信号通过第二监控单元、第二通信单元和第一通信单元传输至第一监控单元，实现了电网端和基站端信息交互。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括位于电网端的第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第一显示单元五者中的全部或部分，所述第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第一显示单元分别与第一监控单元连接。
上述技术方案：便于取电端电压、电流、电量、功率等电参量实时检测，便于远程用电抄表和电费稽核。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括在所述供电线路靠近升压模块的一端设置的第三电压检测单元、第三电流检测单元、第三功率单元、第三电量检测单元四者中的全部或部分，所述第三电压检测单元、第三电流检测单元、第三功率单元、第三电量检测单元分别与第一监控单元连接。
上述技术方案：能够与电网端和基站端的电流、电压、电量、功率检测单元结合一起判断是否存在偷电、漏电情况，或对外电网线路阻抗显著变化时能实时告警，防止基站电力引入线路发生电气安全事故。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括位于基站端的第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元、第二显示单元五者中的全部或部分，所述第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元、第二显示单元分别与第二监控单元连接。
上述技术方案：可实时采集用电端电流、电压、功率，便于累计电量，实现了远程用电抄表。有利于实现末端电压值异常、线路区间电压降异常、线路两端电流异常、线路区间实时压降与电流比值(线路阻抗R)异常、实时功率波动异常等告警功能。
在本发明的一种优选实施方式中，分别在电网端的供电输入口、输出口串接有交流输入断路器、交流输出断路器；和/或分别在基站端的供电输入口、供电输出口串接有交流输入断路器、交流输出断路器。
上述技术方案：保护电网端和基站端设备，避免过压过流损坏设备。
在本发明的一种优选实施方式中，在基站端设有控制基站负载通电或断电的输出控制开关，所述输出控制开关与第二监控单元连接。
上述技术方案：实现智能升压装置配置智能开关，结合第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元实现末端电压值异常、线路区间电压降异常、线路两端电流异常、线路区间实时压降与电流比值(线路阻抗R)异常、实时功率波动异常等情况下切断基站负载，保护负载。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括软启动模块，所述软启动模块采用结构A或结构B；所述结构A为：软启动模块包括第一电磁式开关和第一电阻，所述第一电磁式开关包括第一线圈、以及联动的第一常开触点开关和第二常开触点开关，所述第一常开触点开关串接于电网端与升压模块的输入端的连接通路上，第二常开触点开关串接于升压模块的输出通路中，第一电阻并接在所述第一常开触点开关的两端，第一线圈的两端分别连接升压模块的输入端和系统公共端；所述结构B为：软启动模块包括第一电磁式开关、第二电磁式开关和第一电阻，所述第一电磁式开关包括第一线圈、以及联动的第一常开触点开关和第二常开触点开关，所述第二电磁式开关包括第二线圈和第三常开触点开关；所述第一常开触点开关串接于电网端与升压模块的输入端的连接通路上，第一电阻并接在所述第一常开触点开关的两端，第一线圈的两端分别连接升压模块的输入端和系统公共端，第三常开触点开关串接于升压模块的输出通路中，所述第二常开触点开关的第一端与升压模块的输入端连接，第二常开触点开关的第二端与第二线圈的第一端连接，第二线圈的第二端与系统公共端连接。
上述技术方案：采用结构较为简单的硬件软启动方案，节省了成本，实现升压模块平滑启动，降低启动电流，避免启动过流，提高了系统可靠性；此外，结构A具有结构简单，成本较低的特点，结构B具有二级缓启动，安全性更高的特点。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种基站外电网增容与稳压方法，包括：获取当前基站端的输入电压V1；根据供电线路的通流能力以及基站是否需要增容，按照步骤S1或步骤S2或步骤S3对基站外电网实施改造；步骤S1，当基站为存量基站，并且V1≤Vτ时，采用本发明所述的结构一进行外电网稳压改造，Vτ表示基站端第一输入阈值；步骤S2，当基站需要增容，基站负载增容为原有负载的N倍，且外电网供电线路可以增加流通电流时，采用本发明所述的结构一或本发明所述的结构二进行外电网增容与稳压改造：当采用结构一时，预先设置改造后的基站端目标输入电压V3，则结构一中升压模块的输出电压V为：
Figure BDA0002789505040000061
V0表示电网端的实际输出电压值；供电线路增容后的流通电流为
Figure BDA0002789505040000062
I1表示增容前供电线路上的流通电流；当采用结构二时，结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure BDA0002789505040000063
η同时表示结构二中升压模块和降压模块的效率，N2表示基站增容后供电线路的流通电流相较于增容前的倍数；步骤S3，当基站需要增容，基站负载增容为原有负载的N倍，且外电网供电线路无法增加流通电流时，采用本发明所述的结构二进行外电网增容与稳压改造，所述结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure BDA0002789505040000064
其中，η表示结构二中升压模块的效率； N≥1。
上述技术方案：本方法根据外电网改造前基站输入端的电压、基站是否需要增容以及外电网供电线路的通流能力(即是否还能承受更多电流)，配置最优的外电网改造结构，在不改变现有外电网线路结构情况下进行了稳压增容，保持基站初始建设期电力引入线路投资的长效性，在不降低基站供电质量与可靠性的前提下，最大限度降低基站存续过程中因负荷不断增加引起的电力改造投资；步骤S1实现了在保持电网端能耗不变的条件下外电网稳压改造，能够提升电网端的整体供电效率和基站输入电压的稳定性；步骤S2在供电线路流通电流允许增加的情况下，实现了外电网的稳压和增容；步骤S3实现了在基站增容的前提下，能够保持供电线路流通电流与增容前基本一致，同时稳定了基站输入电压。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S1中，通过如下不等式组求得
Figure BDA0002789505040000071
其中，所述V3表示改造后的基站端目标输入电压；η表示结构一中升压模块的效率；Vp表示基站端设备的耐压值。
上述技术方案：通过上述不等式求解出的Vτ，能够满足升压后电网端能耗改造前后不变以及基站输入端的输入电压会小于基站设备耐压值，提高系统安全性。
在本发明的一种优选实施方式中，在所述步骤S2中，当V1＜V0η2时，采用结构二进行外电网增容与稳压改造，且基站增容后供电线路的流通电流相较于增容前的倍数N2应满足：
Figure BDA0002789505040000072
上述技术方案：能够使得改造前后电网端整体供电效率不变。
在本发明的一种优选实施方式中，在外电网按照所述结构一或结构二改造后，还包括逐级上电步骤或直接上电步骤，和/或还包括稳压步骤；所述逐级上电步骤包括：步骤一，设基站供电端输入电压允许范围为VA～VAM，根据升压模块中升压单元的个数M将基站供电端输入电压允许范围划分为如下M个从小到大的等级区间：(VA，VA1)、(VA1，VA2)、......、(VA(M-1)，VAM)，VA＜VA1＜VA2......＜VA(M-1)＜VAM；从小到大排列的M个等级区间与输出电压从大到小排列的M个升压单元一一对应；步骤二，获取未改造前基站供电输入端的电压，记为第一电压；步骤三，按照输出电压从小到大的顺序逐级切换升压单元接入供电线路直到切换至第一电压所属等级区间对应的升压单元为止，接入基站负载，M大于等于1；所述直接上电步骤包括：将升压模块中输入输出电压比为1：1的升压单元接入供电线路，接入基站负载，获取基站供电输入端的电压，记为第三电压；基于所述第三电压依据步骤S1或步骤S2或步骤S3获得升压模块目标输出电压，将输出电压与所述升压模块目标输出电压最接近的升压单元接入供电线路；所述稳压步骤包括：步骤四，获取基站供电输入端的实时电压，当基站供电输入端的实时电压在预设的稳压电压范围内时，返回执行步骤四，当基站供电输入端的实时电压未在预设的稳压电压范围内时，通过所述基站供电输入端实时电压换算得到未改造前在当前负载下基站输入端的电压，记为第二电压；步骤五，切断基站负载，按照输出电压从小到大的顺序逐级切换升压单元接入供电线路直到切换至第二电压所属等级区间对应的升压单元为止，接入基站负载；或者所述稳压步骤包括：步骤四，获取基站供电输入端的实时电压，当基站供电输入端的实时电压在预设的稳压电压范围内时，返回执行步骤四，当基站供电输入端的实时电压未在预设的稳压电压范围内时，获取将升压模块中输入输出电压比为1：1 的升压单元接入供电线路后基站供电输入端的电压，记为第二电压；步骤五，切断基站负载，基于所述第三电压依据步骤S1或步骤S2或步骤S3获得升压模块目标输出电压，将输出电压与所述升压模块目标输出电压最接近的升压单元接入供电线路，接入基站负载。
上述技术方案：实现了M个升压档位可选择，通过逐级上电步骤实现了逐级升压，避免了升压跨度太大过冲损坏设备，提高了安全性，而通过直接上电步骤实现直接升压，由于是在接入基站负载后升压单元之间切换，不会造成太大过冲，在加快切换速度的同时也保障了安全性；通过稳压步骤，机房端负载大小出现一定幅度的变化，导致机房端电压超限时，可以立即切断负载并逐级或直接切换到对应的升压分档，确保机房负载不过压损坏，并维持机房端电压在设定的范围内，进一步提高了基站设备用电安全性。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中结构一的结构示意图；
图2是本发明另一具体实施方式中结构一的结构示意图；
图3是本发明一具体实施方式中结构二的结构示意图；
图4是本发明一具体实施方式中在步骤S1中利用结构一的整体供电效率测试结果；
图5是本发明一具体实施方式中在步骤S2中结构一的整体供电效率测试结果；
图6是本发明一具体实施方式中在步骤S3中结构二的整体供电效率测试结果；
图7是本发明一具体实施方式中软启动模块采用结构A时的结构示意图；
图8是本发明一具体实施方式中软启动模块采用结构B时的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种基站外电网增容与稳压系统，电网端、供电线路和基站端依次连接，该系统包括结构一或结构二；结构一如图1和图2所示，具体为：在电网端与供电线路之间串接有升压模块；结构二如图3所示，具体为：在电网端与供电线路之间串接有升压模块，在基站端与供电线路之间串接有降压模块；升压模块包括一个以上输出不同档位电压的升压单元、以及一个以上切换开关，升压单元与切换开关一一对应，通过切换开关控制对应的升压单元接入或不接入供电线路。
在本实施方式中，供电线路优选但不限于为直流供电线路、220V交流供电线路、380V三相供电线路；当供电线路为直流供电线路时，升压模块的输入部还包括一个逆变器，用于将直流转变为交流，降压模块的输出部还包括一个整流器，用于将交流转变为直流；当供电线路为380V三相供电回路时，每个升压单元包括三个子升压单元，三个子升压单元分别位于三个相线上，降压模块包括三个降压器，三个降压器分别位于三个相线上。子升压单元优选但不限于为升压变压器。
在本实施方式中，切换开关优选但不限于为手动开关或电控开关，当为手动开关时，可根据基站端的负载波动情况选择合适的电压档位的升压单元接入供电线路。当供电线路为380V三相供电线路时，切换开关优选但不限于包括三个联动的单刀单掷的子开关，三个联动的子开关使得三个相线的子升压单元同时接入或不接入供电线路1。
在本实施方式中，升压单元优选但不限于为现有的升压变压器产品，降压模块优选但不限于为现有的降压变压器产品。升压单元的升压比例可包括1：1、 1：2、1：1.5等。
在本实施方式中，优选的，升压模块包括升压变压器，升压变压器包括一个一次绕组和多个匝数各不相同的二次绕组，二次绕组与切换开关一一对应；在每个二次绕组的输出端与供电线路的连接通路中串接有与二次绕组对应的切换开关。在本实施方式中，每个二次绕组可看做一个分压单元。
在一种优选实施方式中，升压模块包括升压变压器，升压变压器包括一次绕组和二次绕组，二次绕组上设有多个抽头，每个抽头与供电线路之间通过一个切换开关连接，在本实施方式中，每个抽头部分可看做一个升压单元。具体实施中，可将二次绕组的低电平端作为公共端与供电线路的公共端连接，二次绕组各抽头分别与供电线路的非公共端连接，且在每个连接通路上串接一个切换开关。
在一种优选实施方式中，升压模块包括升压变压器，升压变压器包括一个绕组，绕组上设有一个输入抽头和多个输出抽头，每个输出抽头与供电线路之间通过一个切换开关连接。
在一种优选实施方式中，包括检测基站端负载变化的负载检测单元、位于电网端的第一监控单元，第一监控单元获取负载检测单元的输出信号，第一监控单元分别与所有切换开关连接。切换开关优选但不限于为IGBT管或继电器等。
在本实施方式中，优选的，可通过检测基站端供电输入端的电压幅值变化或供电线路中供电电流幅值获得基站负载变化，两者呈负相关，机房负载越大电压越低，电流越大，负载越小电压越高，电流越小，因此，负载检测单元优选但不限于为电压传感器或电流传感器。电流传感器优选但不限于选择丰控 (FULLKON)型号FK－DJI单相交流电流变送器，为小孔径0到100A交流电流变送器，输出信号可为0－5V电压模拟信号或串口输出数字信号等，当负载检测单元为电流传感器时，负载检测单元可设置在电网端。电压传感器优选但不限于选择丰控公司型号为FK－DZV－250V的交流电压变送器，输出信号可为0－5V电压模拟信号或串口输出数字信号等。
在本实施方式中，第一监控单元与负载检测单元可直接连接也可间接连接，可有线连接，也可无线连接。
在一种优选实施方式中，还包括位于电网端的第一通信单元，位于基站端的第二通信单元和第二监控单元；第一监控单元与第一通信单元连接，第一通信单元和第二通信单元连接，第二通信单元与第二监控单元连接，第二监控单元还与负载检测单元连接。
在本实施方式中，第一通信单元、第二通信单元优选但不限于为有线通信模块或无线通信模块，有线通信模块优选但不限于为RS485通信或以太网通信模块或电力载波通信单元，无线通信模块优选但不限于为5G通信模块、WIFI通信模块或433MHz无线通信模块。第一监控单元、第二监控单元优选但不限于选择单片机、ARM等。
在一种优选实施方式中，还包括位于电网端的第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第一显示单元五者中的全部或部分，第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第一显示单元分别与第一监控单元连接。
在一种优选实施方式中，还包括位于基站端的第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元、第二显示单元五者中的全部或部分，第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元、第二显示单元分别与第二监控单元连接。
在一种优选实施方式中，还包括在供电线路靠近升压模块的一端设置的第三电压检测单元、第三电流检测单元、第三功率单元、第三电量检测单元四者中的全部或部分，第三电压检测单元、第三电流检测单元、第三功率单元、第三电量检测单元分别与第一监控单元连接。
在一种优选实施方式中，分别在电网端的供电输入口、输出口串接有交流输入断路器、交流输出断路器。
在一种优选实施方式中，分别在基站端的供电输入口、供电输出口串接有交流输入断路器、交流输出断路器。
在一种优选实施方式中，在基站端设有控制基站负载通电或断电的输出控制开关，输出控制开关与第二监控单元连接。
在本实施方式中，当第二监控单元根据第二电压检测单元、第二电流检测单元获知基站负载过压或过流时，能控制输出控制开关及时切断基站负载。
在一种优选实施方式中，还包括软启动模块，软启动模块采用结构A或结构B。
在本实施方式中，如图7所示，结构A为：软启动模块包括第一电磁式开关和第一电阻，第一电磁式开关包括第一线圈、以及联动的第一常开触点开关和第二常开触点开关，第一常开触点开关串接于电网端与升压模块的输入端的连接通路上，第二常开触点开关串接于升压模块的输出通路中，第一电阻并接在第一常开触点开关的两端，第一线圈的两端分别连接升压模块的输入端和系统公共端。当电网端向升压模块初始供电时，电网端电流通过第一电阻R1给第一线圈供电，通过第一电阻R1进行限流，第一线圈通电后控制第一常开触点开关和第二常开触点开关闭合，第一常开触点开关闭合后短路第一电阻R1，实现电网端对升压模块正常供电以及电压模块的正常输出，完成电压模块的软启动过程。
在本实施方式中，如图8所示，结构B为：软启动模块包括第一电磁式开关、第二电磁式开关和第一电阻，第一电磁式开关包括第一线圈、以及联动的第一常开触点开关和第二常开触点开关，第二电磁式开关包括第二线圈和第三常开触点开关；第一常开触点开关串接于电网端与升压模块的输入端的连接通路上，第一电阻并接在所述第一常开触点开关的两端，第一线圈的两端分别连接升压模块的输入端和系统公共端，第三常开触点开关串接于升压模块的输出通路中，第二常开触点开关的第一端与升压模块的输入端连接，第二常开触点开关的第二端与第二线圈的第一端连接，第二线圈的第二端与系统公共端连接。当电网端向升压模块初始供电时，电网端电流通过第一电阻R1给第一线圈供电，通过第一电阻R1进行限流，第一线圈通电后控制第一常开触点开关和第二常开触点开关闭合，第一常开触点开关闭合后短路第一电阻R1，实现电网端向升压模块正常供电，第二常开触点开关闭合后使得第二线圈通电，第二线圈通电后控制第三常开触点开关闭合，实现升压模块输出正常供电，完成了电压模块的软启动过程。
在本实施方式中，图3和图4中的被启动单元均为升压模块，第一电磁式开关、第二电磁式开关优选但不限于为现有的交流继电器或交流接触器产品。
本发明还公开了一种基站外电网增容与稳压方法，在一种优选实施方式中该方法包括：获取当前基站端的输入电压V1；根据供电线路的通流能力以及基站是否需要增容，按照步骤S1或步骤S2或步骤S3对基站外电网实施改造；步骤 S1，当基站为存量基站，并且V1≤Vτ时，采用上述结构一进行外电网稳压改造， Vτ表示基站端第一输入阈值，Vτ优选但不限于为190V；步骤S2，当基站需要增容，基站负载增容为原有负载的N倍，且外电网供电线路可以增加流通电流时，采用上述结构一或上述结构二进行外电网增容与稳压改造：当采用结构一时，预先设置改造后的基站端目标输入电压V3，则结构一中升压模块的输出电压V 为：
Figure BDA0002789505040000161
V0表示电网端的实际输出电压值，优选但不限于为220V；供电线路增容后的流通电流为
Figure BDA0002789505040000162
I1表示增容前供电线路上的流通电流；当采用结构二时，结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure BDA0002789505040000163
η同时表示结构二中升压模块和降压模块的效率，N2表示基站增容后供电线路的流通电流相较于增容前的倍数；步骤S3，当基站需要增容，基站负载增容为原有负载的N倍，且外电网供电线路无法增加流通电流时，采用上述结构二进行外电网增容与稳压改造，结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure BDA0002789505040000164
η表示结构二中升压模块的效率；N≥1。
在本实施方式中，供电线路的通流能力可根据外电网供电线路初建时的线路材质、截面积、长度等参数决定。
在本实施方式中，在步骤S1中，采用结构一仅针对基站端输入电压V1≤Vτ的基站进行智能升压改造，在基站端输入电压为V1时，线路压降V2＝V0-V1，电网端供电效率η基站＝V1/V0，设基站端能耗为P负载，则电网端的能耗P＝V0P负载/V1。在存量基站P负载暂不扩容的情况下，对输入电压过低的基站进行智能升压改造，保证基站设备工作的稳定性，维持供电线路不扩容改造，因此线路阻抗Z基本不变。
在本实施方式中，在步骤S1中，将基站端初始电压V1智能升压至V3，要保持电网端能耗不变的最低目标，须至少满足以下条件：
①线路阻抗：Z＝(V0-V1)/(P负载/V1)＝(V0-V1)*V1/P负载；
②升压前：P负载/(V1/V0)＝P线路+P负载，即P负载*V0/V1＝Z*(P负载/V1)2+P负载；
③升压后：Z*(P负载/V1)2+P负载≥[Z*(P负载/V3)2+P负载]/η，根据以上方程组求解得
Figure BDA0002789505040000171
升压后，基站整体供电效率为：η基站＝V3 2η/(V0V1-V1 2+V3 2)，升压端输出电压值为：V＝V3+(V0V1-V1 2)/V3，对基站端输入电压不同取值下整体供电效率的测试结果如图4所示，图4中，机房端代表基站端，从图4可以看出：对基站端输入电压在190V以下的存量基站，以250V为基础进行智能升压改造，除了提升基站设备工作的稳定性外，还能提升存量基站的整体供电效率。
在本实施方式中，优选的，在步骤S1中，通过如下不等式组求得Vτ：
Figure BDA0002789505040000172
其中，V3表示改造后的基站端目标输入电压；η表示结构一中升压模块的效率；Vp表示基站端设备的耐压值，Vp优选但不限于为250V 或260V。
在本实施方式中，在步骤S2中，当使用结构一时，当确定基站端改造升压后目标输入电压V3后，可以得到升压模块升压输出端的电压为：
Figure BDA0002789505040000173
基站整体供电效率(即电网端整体供电效率)为：η基站＝V3 2η/(V0NV1-NV1 2+V3 2)，对结构一的整体供电效率进行测试，结果如图5所示。
在本实施方式中，在步骤S2中，当采用结构二时，线路损耗比之前增大了 N2 2倍，如下关系成立：①N2*I＝N2*P负载/V1；②P线路增大了N2 2倍，即 P线路＝N2 2*(V0/V1-1)P负载；③V*N2P负载/V1＝NP负载/η+N2 2*(V0/V1-1)*P负载。经解算电网端升压最低值
Figure BDA0002789505040000174
此时基站的整体供电效率为：η基站＝η2NV1/(NV1+N2 2*V0η-N2 2*ηV1)。若在基站负载增容与两级升/降压变换后，基站的整体供电效率保持不变，则需要如下关系式成立： V1/V0≤η2NV1/(NV1+N2 2*V0η-N2 2*ηV1)，因此：外电网引入线路电流增大倍数
Figure BDA0002789505040000181
在本实施方式中，优选的，在步骤S2中，当V1＜V0η2时，采用结构二进行外电网增容与稳压改造，且基站增容后供电线路的流通电流相较于增容前的倍数 N2应满足：
Figure BDA0002789505040000182
这时，改造前后电网端的供电效率不变。且V1越接近V0η2，保持整体供电效率不变的升压端输出电压值越高；在基站端初始电压 V1＞V0η2时，整体供电效率将降低。
在本实施方式中，在步骤S3中，按照结构二，如下关系成立： V*P负载/V1＝N*P负载/η+(V0/V1-1)*P负载，经解算，电网端升压最低值V＝V0-V1+NηV1，此时，整体供电效率为η基站＝η2NV1/(NV1+V0η-ηV1)，对结构二中的整体供电效率进行测试，结果如图6所示。在前后两级升/降压变换效率均为η的情况下，升压端输出电压V越高，则外电网电力线路上电流越小，线路损耗越小，但在经过两级升/降压变换后，基站总体供电效率η基站＜η2。
在一种优选实施方式中，在外电网按照结构一或结构二改造后，还包括逐级上电步骤或直接上电步骤；
逐级上电步骤包括：
步骤一，设基站供电端输入电压允许范围为VA～VAM，根据升压模块中升压单元的个数M将基站供电端输入电压允许范围划分为如下M个从小到大的等级区间：(VA，VA1)、(VA1，VA2)、......、(VA(M-1)，VAM)，VA＜VA1＜VA2......＜VA(M-1)＜VAM；从小到大排列的M个等级区间与输出电压从大到小排列的M个升压单元一一对应；M即升压档位数，设档位数为M，如当基站端输入电压在(VA，VA1)范围内时，使用最高档位的升压单元进行升压处理，当基站端输入电压在(VA(M-1)，VAM)范围内时，使用最低档位的升压单元进行升压处理；
步骤二，获取未改造前基站供电输入端的电压，记为第一电压。
步骤三，按照输出电压从小到大的顺序逐级切换升压单元接入供电线路直到切换至第一电压所属等级区间对应的升压单元为止，接入基站负载，M大于等于1。
直接上电步骤包括：
将升压模块中输入输出电压比为1：1的升压单元接入供电线路，接入基站负载，获取基站供电输入端的电压，记为第三电压；
基于第三电压依据步骤S1或步骤S2或步骤S3获得升压模块目标输出电压，将输出电压与升压模块目标输出电压最接近的升压单元接入供电线路。
将第三电压看作V1，获得升压模块目标输出电压的过程为：
当基站为存量基站，并且V1≤Vτ时，根据如下公式获得升压模块目标输出电压V，V＝V3+(V0V1-V1 2)/V3；
当基站需要增容，且外电网供电线路可以增加流通电流，采用结构一时，结构一中升压模块的输出电压V为：
Figure BDA0002789505040000191
当基站需要增容，且外电网供电线路可以增加流通电流，采用结构二时，结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure BDA0002789505040000192
当基站需要增容，且外电网供电线路无法增加流通电流，采用结构二时，结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure BDA0002789505040000201
在一种优选实施方式中，在外电网按照结构一或结构二改造后，还包括稳压步骤；稳压步骤包括：
步骤四，获取基站供电输入端的实时电压，当基站供电输入端的实时电压在预设的稳压电压范围内时，返回执行步骤四，当基站供电输入端的实时电压未在预设的稳压电压范围内时，通过所述基站供电输入端实时电压换算得到未改造前在当前负载下基站输入端的电压，记为第二电压；预设的稳压电压范围优选但不限于为190V到260V。
步骤五，切断基站负载，按照输出电压从小到大的顺序逐级切换升压单元接入供电线路直到切换至第二电压所属等级区间对应的升压单元为止，接入基站负载。
或者稳压步骤包括：
步骤四，获取基站供电输入端的实时电压，当基站供电输入端的实时电压在预设的稳压电压范围内时，返回执行步骤四，当基站供电输入端的实时电压未在预设的稳压电压范围内时，获取将升压模块中输入输出电压比为1：1的升压单元接入供电线路后基站供电输入端的电压，记为第二电压；
步骤五，切断基站负载，基于所述第三电压依据步骤S1或步骤S2或步骤 S3获得升压模块目标输出电压，将输出电压与所述升压模块目标输出电压最接近的升压单元接入供电线路，接入基站负载。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基站外电网增容与稳压系统，电网端、供电线路和基站端依次连接，其特征在于，包括结构一或结构二；
所述结构一为：在所述电网端与所述供电线路之间串接有升压模块；
所述结构二为：在所述电网端与所述供电线路之间串接有升压模块，在所述基站端与所述供电线路之间串接有降压模块；
所述升压模块包括一个以上输出不同档位电压的升压单元、以及一个以上切换开关，所述升压单元与所述切换开关一一对应，通过所述切换开关控制对应的升压单元接入或不接入所述供电线路。
2.如权利要求1所述的基站外电网增容与稳压系统，其特征在于，所述升压模块包括升压变压器，所述升压变压器包括一次绕组和二次绕组，所述二次绕组上设有多个抽头，每个抽头与供电线路之间通过一个切换开关连接；
或者所述升压模块包括升压变压器，所述升压变压器包括一个绕组，所述绕组上设有一个输入抽头和多个输出抽头，每个输出抽头与供电线路之间通过一个切换开关连接。
3.如权利要求1所述的基站外电网增容与稳压系统，其特征在于，包括检测基站端负载变化的负载检测单元、位于电网端的第一监控单元，第一监控单元获取负载检测单元的输出信号，第一监控单元分别与所有切换开关连接。
4.如权利要求3所述的基站外电网增容与稳压系统，其特征在于，还包括位于电网端的第一通信单元，位于基站端的第二通信单元和第二监控单元；所述第一监控单元与第一通信单元连接，所述第一通信单元和第二通信单元连接，所述第二通信单元与第二监控单元连接，第二监控单元还与负载检测单元连接。
5.如权利要求4所述的基站外电网增容与稳压系统，其特征在于，还包括位于电网端的第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第一显示单元五者中的全部或部分，所述第一电压检测单元、第一电流检测单元、第一功率单元、第一电量检测单元、第一显示单元分别与第一监控单元连接；
和/或还包括位于基站端的第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元、第二显示单元五者中的全部或部分，所述第二电压检测单元、第二电流检测单元、第二功率单元、第二电量检测单元、第二显示单元分别与第二监控单元连接；
和/或还包括在所述供电线路靠近升压模块的一端设置的第三电压检测单元、第三电流检测单元、第三功率单元、第三电量检测单元四者中的全部或部分，所述第三电压检测单元、第三电流检测单元、第三功率单元、第三电量检测单元分别与第一监控单元连接。
6.如权利要求5所述的基站外电网增容与稳压系统，其特征在于，分别在电网端的供电输入口、输出口串接有交流输入断路器、交流输出断路器；
和/或分别在基站端的供电输入口、供电输出口串接有交流输入断路器、交流输出断路器；
和/或在基站端设有控制基站负载通电或断电的输出控制开关，所述输出控制开关与第二监控单元连接。
7.如权利要求1所述的基站外电网增容与稳压系统，其特征在于，还包括软启动模块，所述软启动模块采用结构A或结构B；
所述结构A为：软启动模块包括第一电磁式开关和第一电阻，所述第一电磁式开关包括第一线圈、以及联动的第一常开触点开关和第二常开触点开关，所述第一常开触点开关串接于电网端与升压模块的输入端的连接通路上，第二常开触点开关串接于升压模块的输出通路中，第一电阻并接在所述第一常开触点开关的两端，第一线圈的两端分别连接升压模块的输入端和系统公共端；
所述结构B为：软启动模块包括第一电磁式开关、第二电磁式开关和第一电阻，所述第一电磁式开关包括第一线圈、以及联动的第一常开触点开关和第二常开触点开关，所述第二电磁式开关包括第二线圈和第三常开触点开关；所述第一常开触点开关串接于电网端与升压模块的输入端的连接通路上，第一电阻并接在所述第一常开触点开关的两端，第一线圈的两端分别连接升压模块的输入端和系统公共端，第三常开触点开关串接于升压模块的输出通路中，所述第二常开触点开关的第一端与升压模块的输入端连接，第二常开触点开关的第二端与第二线圈的第一端连接，第二线圈的第二端与系统公共端连接。
8.一种基站外电网增容与稳压方法，其特征在于，包括：
获取当前基站端的输入电压V1；根据供电线路的通流能力以及基站是否需要增容，按照步骤S1或步骤S2或步骤S3对基站外电网实施改造；
步骤S1，当基站为存量基站，并且V1≤Vτ时，采用权利要求1－8之一所述的结构一进行外电网稳压改造，Vτ表示基站端第一输入阈值；
步骤S2，当基站需要增容，基站负载增容为原有负载的N倍，且外电网供电线路可以增加流通电流时，采用权利要求1－8之一所述的结构一或权利要求1－8之一所述的结构二进行外电网增容与稳压改造：
当采用结构一时，预先设置改造后的基站端目标输入电压V3，则结构一中升压模块的输出电压V为：
Figure FDA0002789505030000041
供电线路增容后的流通电流为
Figure FDA0002789505030000042
I1表示增容前供电线路上的流通电流；V0表示电网端的实际输出电压值；
当采用结构二时，结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure FDA0002789505030000043
η同时表示结构二中升压模块和降压模块的效率，N2表示基站增容后供电线路的流通电流相较于增容前的倍数；
步骤S3，当基站需要增容，基站负载增容为原有负载的N倍，且外电网供电线路无法增加流通电流时，采用权利要求1－8之一所述的结构二进行外电网增容与稳压改造，所述结构二中升压模块的输出电压V应满足：
Figure FDA0002789505030000044
其中，η表示结构二中升压模块的效率；N≥1。
9.如权利要求8所述的基站外电网增容与稳压方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过如下不等式组求得Vτ：
Figure FDA0002789505030000045
其中，所述V3表示改造后的基站端目标输入电压；η表示结构一中升压模块的效率；Vp表示基站端设备的耐压值；
和/或在所述步骤S2中，当V1＜V0η2时，采用结构二进行外电网增容与稳压改造，且基站增容后供电线路的流通电流相较于增容前的倍数N2应满足：
Figure FDA0002789505030000046
10.如权利要求9所述的基站外电网增容与稳压方法，其特征在于，在外电网按照所述结构一或结构二改造后，还包括逐级上电步骤或直接上电步骤，和/或包括稳压步骤；
所述逐级上电步骤包括：
步骤一，设基站供电端输入电压允许范围为VA～VAM，根据升压模块中升压单元的个数M将基站供电端输入电压允许范围划分为如下M个从小到大的等级区间：(VA，VA1)、(VA1，VA2)、......、(VA(M-1)，VAM)，VA＜VA1＜VA2......＜VA(M-1)＜VAM；从小到大排列的M个等级区间与输出电压从大到小排列的M个升压单元一一对应；
步骤二，获取未改造前基站供电输入端的电压，记为第一电压；
步骤三，按照输出电压从小到大的顺序逐级切换升压单元接入供电线路直到切换至第一电压所属等级区间对应的升压单元为止，接入基站负载，M大于等于1；
所述直接上电步骤包括：
将升压模块中输入输出电压比为1：1的升压单元接入供电线路，接入基站负载，获取基站供电输入端的电压，记为第三电压；
基于所述第三电压依据步骤S1或步骤S2或步骤S3获得升压模块目标输出电压，将输出电压与所述升压模块目标输出电压最接近的升压单元接入供电线路；
所述稳压步骤包括：
步骤四，获取基站供电输入端的实时电压，当基站供电输入端的实时电压在预设的稳压电压范围内时，返回执行步骤四，当基站供电输入端的实时电压未在预设的稳压电压范围内时，通过所述基站供电输入端实时电压换算得到未改造前在当前负载下基站输入端的电压，记为第二电压；
步骤五，切断基站负载，按照输出电压从小到大的顺序逐级切换升压单元接入供电线路直到切换至第二电压所属等级区间对应的升压单元为止，接入基站负载；
或者所述稳压步骤包括：
步骤四，获取基站供电输入端的实时电压，当基站供电输入端的实时电压在预设的稳压电压范围内时，返回执行步骤四，当基站供电输入端的实时电压未在预设的稳压电压范围内时，获取将升压模块中输入输出电压比为1：1的升压单元接入供电线路后基站供电输入端的电压，记为第二电压；
步骤五，切断基站负载，基于所述第三电压依据步骤S1或步骤S2或步骤S3获得升压模块目标输出电压，将输出电压与所述升压模块目标输出电压最接近的升压单元接入供电线路，接入基站负载。
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CN112803424A (zh) * 2021-03-09 2021-05-14 中国铁塔股份有限公司 基站升压系统及方法
CN116344133A (zh) * 2023-03-06 2023-06-27 上海思博机械电气有限公司 一种等效替换电位器的非接触电位器及替换方法

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